Электрический расчет каскадов

       Одной из таких характеристик является вероятность безотказной работы -это величина, показывающая какая  часть изделий будет работать исправно в течение заданного времени работы tр: 0<Р(tр)<1.

Вероятность безотказной работы на практике определяется по формуле:

,                                                          (2.1)

где в - количество ЭРЭ, работающих исправно;

                   а – общее количество ЭРЭ.

      Для  большинства  изделий  РЭС  и  их  компонентов  вероятность  их безотказной работы Р(tр) зависит от длительности работы по экспоненте:

,                                                                       (2.2)

где е - основание логарифма;

tр - время безотказной работы;

           λ – интенсивность отказов (величина, характеризующая отказы ЭРЭ или изделия на единицу времени).

       Расчет  надежности РЭС производится следующим  образом.

      Проводится анализ исходных данных, в которых содержится перечень, тип и количество используемых компонентов, приведённых в таблице 2.  

Таблица 1 – Расчет надежности функционального узла РЭС.

       Интенсивность отказов для всего функционального  узла определяется по формуле

       λ = λ₁ + λ₂ +…+ λ_n       (19)

       где λ₁ ,λ₂, λ_n – интенсивность отказов всех ЭРЭ для каждой группы компонентов.

       λ= (0,004 + 0,15 + 0,04 + 0,02 + 2,25 + 0,028 + 0,008 + 2 + 1 + 1 +0,325 )*          * 10^-6=6,82* 10^-6 1/ч

       Средняя наработка на отказ определяется по формуле

        ;           (20)

       При λ = ×10^-6, Т_СР = 1 / 6,82×10^-6 = 146627 [ч];

       Значения  вероятности безотказной работы для четырех значений времени  работы узла РЭС рассчитываются по формуле и заносятся в таблицу 5.

       P(t_р) = e^-λtр,        (21)

       где tp – время работы изделия. 

Таблица  2 – Расчет вероятности безотказной работы.

       График  вероятности безотказной работы в зависимости от времени работы частотомера приведен на рисунке  8. 

       

       

       Рисунок 8 – График безотказной работы 

           2.3 Расчет размера печатной платы

       При выполнении расчетов используются справочные данные о габаритных размерах ЭРЭ или проводятся измерения установочных размеров всех ЭРЭ с учетом выбранного способа размещения и крепления их на печатной плате.

       Для обеспечения оптимизации размещения ЭРЭ на печатной плате, размер платы должен выбираться с определенным запасом. Коэффициент запаса для большинства узлов РЭС выбирают в пределах К_з=1,0...2,5. Выбираем К_з=2,2.

1. Расчет площади, занимаемой всеми ЭРЭ данного типа в проектируемом узле:

       S(_{R,C,VD,VT,,DA,L,Z,WA)} = n_R(C,DA) × S_i, (мм²),      (22)

       где n – количество ЭРЭ данного типа (таблица 5);

       S_i – площадь ЭРЭ данного типа (мм²). 

 Таблица 3 – Количество и установочная площадь применяемых ЭРЭ 
 
 
 
 
 
 

       2. Расчет площади уголков для  крепления платы (S_уг) и площади монтажных проводов (S_мп).

                    

       В результате расчета получены следующие  данные:

• Площадь, занимаемая резисторами S_R = 13*12 = 156 мм²;
• Площадь, занимаемая конденсаторами S_C =5 *20 + 26 + 24*2 + 50*3+ 60+ 3*8 =408 мм²
•   Площадь, занимаемая ИМС S_MS = 500 + 80 = 580мм²;
• Площадь, занимаемая диодами S_VD = 150+ 10 = 160 мм²;

• Расчет общей площади элементов монтажа

       S_общ = S_R + S_C + S_DА + S_vd +  = 1304 мм²;     (23)

2. Расчет площади печатной платы с учетом коэффициента плотности монтажа: при Кз=2,2

S_ПП = S_общ * К_З = 2868,8 мм²;   

      5. Выбираем соотношение сторон по удобству расположения и крепления 
платы в конструкции узла РЭС: 1:2.

6. Расчет размеров сторон платы

По  результатам расчета получили следующие  данные:

• длина платы 40 мм;
• ширина платы 80 мм.

 

       2.4 Расчет печатного  монтажа 

       Исходные  данные для расчета:

1. Максимальное напряжение на печатном проводнике относительно общего провода составляет 6 В.
2. Максимально возможный ток через печатный проводник равен максимальному потребляемому нагрузкой току, и составляет по исходным данным порядка 125 мА.
3. В качестве материала печатной платы применяется двухсторонний фольгированный стеклотекстолит марки СТЛА 5-1-1,5.
4. Метод изготовления печатной платы выбираем химический.
5. В качестве метода получения проводящего рисунка используем офсетную печать.
6. Размер печатной платы равен 40×80 мм.
7. Резистивное покрытие печатных проводников (лужение) осуществляется флюсом марки ФТБ.

       При расчете печатного монтажа определяются:

1. Минимально допустимое расстояние между двумя печатными проводниками исходя из максимального рабочего напряжения δ = f(Umax):

       При Uп_max = 6В минимальное расстояние 0,1мм.

       Минимально  допустимая ширина печатного проводника равна:

       Bmin ≥ Imax / (h_п * I_доп)       (27)

       где h_п = h_ф+h_пм+h_г – толщина печатных проводников;    

       h_ф – толщина фольги (0,035 мм);

       h_пм – толщина предварительно осажденной меди (0,005 мм);

       h_г – толщина наращенной гальванической меди (0,05 мм);

       I_доп – допустимое значение плотности тока (20 А/мм²);

       Imax – берется из исходных данных (125 мА).

       Bmin ≥ 0,125/ (0,09 × 20) ≥ 0,225 мм; 

       

2. Падение напряжения на печатном проводнике вычисляется  по формуле:

       

,       (28)

       где l – длина проводника (для наиболее длинного – 0,13 м);

       ρ – удельное сопротивление печатного проводника (0,020 Ом×мм²/м);

       b_min – минимальная ширина проводника (0,225 мм).

       ΔU = 0,125 * 0,02 * 0,13 / (0,09 * 0,027) = 7,5 В;

3. Мощность потерь вычисляется по формуле:

       P_П = 2πf * C * U²_раб * tgδ      (29)

       где f – рабочая частота, Гц;

       U_РАБ – рабочее напряжение, В;

       C – паразитная емкость печатной платы, пФ.

       

,        (30)

       где ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика (для стеклотекстолита 5);

       h – толщина платы (1 мм);

       S_ПП – суммарная площадь печатных проводников, мм².

       S_ПП = S_КПЛ+S_ПР          (31)

       S_КПЛ – площадь контактных площадок

       S_КПЛ = n₁*( R²к- R²отв.)        (32)

       R_К – радиус контактной площадки, равен 2мм;

       R_ОТВ – радиус отверстия, равен 0,8мм;

       n₁ – количество контактных площадок , 74;

       S_КПЛ = 74*(3,14*2²-3,14*0,8²) =781мм²;